Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Wirtschaft + Wissenschaft> Archiv>

Entstehung und Herkunft von Gammablitzen

Wie entstehen sie?Gammablitze im All detektieren

Forscher am Paul Scherrer Institut PSI haben einen Detektor namens POLAR entwickelt. Das Gerät soll sogenannte Gammablitze aus den Tiefen des Universums aufspüren und untersuchen.

sep
sep
sep
sep
Wojciech Hajdas

Gammablitze sind extrem starke Ausbrüche energiereichen Lichtes, die jedoch bislang weitgehend unverstanden sind. Unter anderem ist nicht geklärt, was der Ursprung der Gammablitze ist; womöglich werden die starken Lichtblitze bei der Entstehung Schwarzer Löcher ausgesandt. Um Gammablitze besser zu verstehen, wird POLAR eine Eigenschaft ihres Lichtes vermessen. POLAR wurde gemeinsam mit Forschern der Universität Genf realisiert und soll im September mit einer chinesischen Weltraummission ins All fliegen.

Gammablitze lassen sich rund ein Mal pro Tag beobachten. Sie senden – wie der Name sagt – Licht im hochenergetischen Bereich der Gammastrahlung aus. In wenigen Sekunden stoßen sie mehr Energie aus als die Sonne in Milliarden von Jahren.

Wojciech Hajdas und seine Forschungsgruppe am Paul Scherrer Institut haben gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Genf und des chinesischen Instituts für Hochenergiephysik (IHEP-CAS) einen Detektor für Gammablitze entwickelt. POLAR heißt das Gerät; es wird den Grad der Polarisation des Lichtes von Gammablitzen vermessen. Diese Eigenschaft des Lichtes kann Hinweise liefern, welche Ereignisse im All die Ursprünge der Gammablitze sind. Denn bislang ist nicht klar, was genau der Entstehungsmechanismus für Gammablitze ist – und ob womöglich mehrere Arten von Ursprungsereignissen in Betracht kommen. Diskutiert werden der Kollaps eines massereichen Sterns zu einem Schwarzen Loch, das Verschmelzen zweier Neutronensterne, eine spezielle Sorte Supernova und eine Reihe ähnlich energie- und massereicher Vorgänge. „Je nachdem, welchen Polarisationsgrad wir messen, lassen sich eine Reihe von Ursprungsmechanismen ausschließen“, so Hajdas. „Falls das Licht der Gammablitze beispielsweise einen hohen Polarisationsgrad hat, werden wir rein thermische Ereignisse ausschließen können.“

Anzeige

Licht breitet sich als Welle aus; die Polarisation ist die Ablenkungsrichtung dieser Welle. Hajdas möchte herausfinden, ob die einzelnen Lichtwellen eines Gammablitzes kreuz und quer zueinander schwingen, oder ob alle Schwingungen parallel zueinander liegen, also einen hohen Polarisationsgrad aufweisen.

Messung von der Raumstation aus
Allerdings kann POLAR die Gammablitze nicht einfach von der Erde aus detektieren: Die Luft der Erdatmosphäre verhindert genaue Messungen. Daher suchte Hajdas den Kontakt zu verschiedenen Raumfahrtmissionen. Am aufgeschlossensten für eine Zusammenarbeit zeigte sich das chinesische Institut IHEP-CAS. Schon lange plant die chinesische Weltraumorganisation für kommenden Herbst den Start ihrer nächsten Raumstation Tiangong 2; wörtlich „Himmlischer Palast 2“. Nun ist klar: POLAR wird im September 2016 an Bord der Tiangong 2 in den Erdorbit fliegen und auch von dort aus Messdaten sammeln. Derzeit wird POLAR bereits auf die Station Tiangong 2 montiert.

Daten wird POLAR genügend sammeln können, denn in der Gesamtheit des Alls ereignen sich Gammablitze häufig. Sie lassen sich aus beliebig weiten Entfernungen detektieren und damit – wegen der Reisedauer ihres Lichtes – aus den verschiedenen Epochen des Universums. „Wir erwarten, während des zweijährigen Forschungseinsatzes mehrere Dutzende sehr starker Gammablitze zu registrieren, was uns eine genaue Messung des Polarisationsgrads ermöglichen wird“, so Wojciech Hajdas.

Das Problem: Kein Gammablitz gleicht dem anderen. Fachleute tun sich daher schwer damit, die Gammablitze in Kategorien einzuteilen und ihren Ursprung auszumachen. Immerhin lassen sich bisher zwei grobe Gruppen ausmachen, erklärt Hajdas: Einerseits kurze Gammablitze, die nur ungefähr eine Sekunde lang leuchten, und andererseits solche, die zig Sekunden dauern – wobei die kurze Sorte öfters beobachtet wird als die länger leuchtende.

Während sich Dauer und Häufigkeit der Gammablitze schon recht gut vermessen lassen, ist ihr Polarisationsgrad bisher unbekannt. Daher erhoffen sich Hajdas und seine Kollegen, hierüber das Verständnis der Gammablitze zu erweitern. Womöglich werden sich auch bezüglich ihres Polarisationsgrades verschiedene Sorten Gammablitze einteilen lassen: Solche mit höherem und andere mit niedrigerem Polarisationsgrad, die demnach verschiedenen Entstehungsmechanismen zuzuordnen sein werden.

1600 Stäbe aus speziellem Kunststoff
Das hochenergetische Licht der Gammablitze lässt sich nur indirekt detektieren. Daher besteht das Herzstückstück von POLAR aus 1600 speziellen Plastikstäben, die dicht an dicht liegen und für unsere Augen durchsichtig sind. Trifft das Licht der Gammablitze in diese Stäbe, löst es darin einen sichtbaren Lichtblitz aus – ein Prozess namens Szintillation. „Genauer gesagt müssen die Lichtteilchen vom Gammablitz auf die Elektronen in den Plastikstäben treffen. Die dadurch angeregten Moleküle des Szintillators senden daraufhin Lichtteilchen im sichtbaren Energiebereich aus“, so Hajdas.

Am anderen Ende der Stäbe sitzt ein Detektor für sichtbares Licht, der somit indirekt die Gammablitze nachweist. Dabei kann das Instrument auf die Polarisation des Gammablitzes zurückschießen. „Die Besonderheit unseres Detektorsystems ist, dass wir nur diejenigen Lichtteilchen der Gammablitze auswerten, die erst in einem Plastikstab ein Elektron angeregt haben und anschließend in einem zweiten Stab noch ein zweites Elektron“, erklärt Hajdas weiter. „Nur dadurch, dass wir diese zwei Datenpunkte zusammennehmen, können wir die Polarisation zuverlässig und exakt bestimmen.“ Zudem ist der Öffnungswinkel von POLAR so groß, dass rund ein Drittel des gesamten Himmels abgedeckt wird.

Sowohl das Konzept des Detektorsystems als auch die Elektronik wurden am PSI entwickelt. Die Signalauslesemodule und der Zentralcomputer von POLAR wurden dann am PSI hergestellt und getestet. Zusätzlich entwickelten die Forscher eine eigene Software für die Bearbeitung der Daten. Um POLAR vor seinem Einsatz zu kalibrieren nutzen die Wissenschaftler die Röntgenstrahlung der Synchrotron-Lichtquelle Schweiz SLS am PSI sowie der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble

Das Zürcher Unternehmen „Art of Technology“ fertigte die Netzteile für POLAR an. An der Universität Genf wurden die Mechanik sowie das Gehäuse gebaut und dann die Komponenten von POLAR zusammengesetzt. Alle an diesem internationalen Gemeinschaftsprojekt Beteiligten testeten schließlich den fertigen Detektor gründlich.

Mögliche Gemeinsamkeit mit Gravitationswellen
Ereignisse wie die Entstehung Schwarzer Löcher, die als Ursprung für Gammablitze in Betracht kommen, sind mit großer Wahrscheinlichkeit zugleich der Ursprung von Gravitationswellen. Gravitationswellen wurden bereits von Albert Einstein vorhergesagt; im September 2015 konnten Forschende der internationalen LIGO-Kollaboration sie erstmals direkt nachweisen. Dieser Großerfolg beflügelt Hajdas: „Mein Traum wäre es, dass POLAR einen Gammablitz detektiert und die Kollegen von LIGO zeitgleich eine weitere Gravitationswelle vermessen.“ Womöglich entwickelt sich dadurch eine übergreifende Zusammenarbeit in diesem noch jungen Forschungszweig.

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Polarimeter-Serie MCP

Schnelle Integration in den WorkflowPolarimetrie ohne Limits

Anton Paar stellt seine neue Polarimeter-Serie MCP vor. Die Polarimeter bieten anwendungsspezifische Gerätekonfigurationen, z. B. verschiedene Wellenlängen, eine integrierte Kamera zur Visualisierung von Füllfehlern und vieles mehr.

…mehr
Polarimeter

PolarimeterMit neuer LED-Lichtquelle und Luftpumpe

Anton Paar entwickelte die neue Polarimeterfamilie MCP. Mit der integrierten FillingCheckTM-Kamera wird die Probe in der Küvette überwacht und ihr Verhalten aufgezeichnet. Messfehler können damit vermieden werden.

…mehr
Neues Polarimeter: Ergebnisse auf Knopfdruck

Neues PolarimeterErgebnisse auf Knopfdruck

Optisch aktive Substanzen, die alle Qualitätsstandards erfüllen: Pharmazeuten und andere Fachleute, die mit chiralen Stoffen arbeiten, wollen ihr Kundenversprechen halten und alle Anforderungen in durchgängig nachvollziehbarer Weise erfüllen.

…mehr

FirmenjubiläumSchmidt + Haensch wird 150 Jahre alt

Am 25.04.2014 wird Schmidt + Haensch sein 150-jähriges Firmenjubiläum in Berlin begehen. Durch den Zusammenschluss von Franz Schmidt und Hermann Haensch wurde 1864 die Firma gegründet und ist bis heute eines der ältesten Unternehmen aus dem Bereich der optischen Messtechnik, das sich unverändert erfolgreich am Markt behauptet.

…mehr
Polarimetrie: Neue Technologie verhindert Messfehler

PolarimetrieNeue Technologie verhindert Messfehler

Für eine reproduzierbare Messung in der Polarimetrie muss eine fehlerfreie Küvettenbefüllung gewährleistet werden. Besonders kritisch sind Luftblasen und Mischungseffekte, welche durch Änderungen der Konzentration und Temperatur hervorgerufen werden.…mehr
Anzeige

Mediadaten 2018

LABO Einkaufsführer

Produktkataloge bei LABO

Produktkataloge zum Blättern


Hier finden Sie aktuelle Blätter-Kataloge von Herstellern aus der Branche. Einfach durchblättern oder gezielt nach Stichwort suchen!

Anzeige

LABO Web-Guide 2016 als E-Paper

LABO Web-Guide 2016

Web-Guide 2016


- Stichwortregister

- Firmenscreenshots

-Interessante Webadressen aus dem Labor

Anzeige

Neue Stellenanzeigen

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

LABO bei Facebook und Twitter